高性能适配体的对比评估:用于构建基于聚集诱导发光的DNA水凝胶以实现四氢毒素的高灵敏度检测

《Food Chemistry》:Comparative evaluation of high-performance aptamers to construct aggregation-induced emission-based DNA hydrogels for sensitive tetrodotoxin detection

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月18日 来源:Food Chemistry 10.4

编辑推荐:

   摘要 摄入高毒性的河豚毒素(TTX)对人类健康构成严重威胁,因此迫切需要开发灵敏且准确的分析方法。识别分子对于实现高灵敏度检测至关重要。在本研究中,我们利用分子对接和分子动力学模拟方法,合理评估了对TTX具有高亲和力、稳定性和特异性的适体。通过自组装制备了高亮度荧光探针(TB

  

摘要

摄入高毒性的河豚毒素(TTX)对人类健康构成严重威胁,因此迫切需要开发灵敏且准确的分析方法。识别分子对于实现高灵敏度检测至关重要。在本研究中,我们利用分子对接和分子动力学模拟方法,合理评估了对TTX具有高亲和力、稳定性和特异性的适体。通过自组装制备了高亮度荧光探针(TBTZNPs),以限制分子内的运动。将高性能适体与这些探针结合,构建了含有TBTZNPs的复合DNA水凝胶,这种水凝胶在遇到TTX时能够发生断裂,从而实现灵敏检测。该传感器表现出优异的应用价值,检测限低至21.7 pg/mL,同时具备高特异性、重复性和稳定性。实际样品的回收率在91.52%到110.20%之间,与标准方法结果一致。这些结果表明,使用高性能适体可以实现高灵敏度的TTX检测,为适体评估和食品安全监测提供了新的策略。

引言

河豚毒素(TTX)是一种天然生物碱,具有极高的毒性,在海产品中非常普遍,尤其在河豚的卵巢、肾脏和皮肤等组织中含量较高(Li et al., 2025; Ni?l et al., 2025)。摄入含有TTX的海产品可能导致食物中毒,症状包括肢体麻木、恶心和呕吐,在严重情况下甚至会导致呼吸衰竭和心脏骤停(Stephanie et al., 2025)。鉴于TTX的极高毒性,世界各国已对受TTX污染的海产品实施了严格的监管和控制措施,以降低对人类健康的潜在风险(Antonelli et al., 2022)。例如,日本制定了相关法规,将河豚组织中的TTX含量上限设定为2 mg/kg(Katikou et al., 2022)。然而,河豚中毒事件仍每年发生。因此,迫切需要准确可靠的检测方法来预防潜在的TTX相关危害。液相色谱-质谱联用(LC-MS)仍是高灵敏度TTX检测的传统方法(Tang et al., 2025);然而,该方法需要大型设备且操作复杂,限制了其快速检测的适用性(Ji et al., 2024)。因此,亟需开发新的技术来快速灵敏地检测海产品中的TTX。
荧光生物传感是一种操作简便、灵敏且快速的分析方法,通过检测荧光信号的变化来检测目标物质(Lu et al., 2024)。尽管荧光材料和荧光传感技术在许多领域取得了显著进展,但仍存在一些不足。例如,传统的荧光信号分子通常只在稀释溶液中才表现出强荧光(Chen et al., 2023; Duo et al., 2024)。在较高浓度下,这些分子会发生聚集导致荧光减弱(ACQ),从而降低单位剂量的荧光强度,这会影响荧光传感技术的重复性和稳定性(Duo et al., 2024; Y. Liu, Chen et al., 2023)。相比之下,聚集诱导发光(AIE)现象是指通过限制分子内运动(RIM)来增强AIE发光体(AIEgens)的发光性能(Wang et al., 2023; Würthner, 2020)。这种特殊性质使得聚集状态下的荧光显著增强,有效克服了ACQ的局限性,使得制备高亮度荧光探针成为可能(Chua et al., 2023; Lin et al., 2025)。
适体是一种具有独特三维结构的功能性单链寡核苷酸,能够特异性结合目标分子,因此被称为“化学抗体”(Dong et al., 2024)。它们广泛应用于生物传感领域,因为它们避免了传统抗体的复杂制备过程,并实现了大规模合成和批量优化(Qin et al., 2025)。适体是传感系统的关键组成部分,直接影响检测的灵敏度和准确性(Bahari et al., 2024)。传统的指数富集法(SERED)往往需要大量时间和资源,导致筛选周期长和资源利用效率低(Ji et al., 2023; Oliveira et al., 2022)。随着计算方法的进步,分子对接和分子动力学(MDS)等技术已应用于适体筛选,大大提高了效率并加速了生物传感的发展(Chen et al., 2025; Nguyen et al., 2026)。DNA水凝胶是一种理想的基于核苷酸的载体,其三维网络结构可以结合多种信号报告分子(Bai, Wang, Huang et al., 2025)。当与适体结合时,DNA水凝胶依靠与目标的特异性结合来断裂其骨架,从而实现内容的可控释放(Ga?anin et al., 2020)。其响应刺激的特性使得DNA水凝胶在生物传感领域具有巨大潜力(Lin et al., 2023; Zhu et al., 2025)。我们之前的研究使用DNA水凝胶构建了一个响应型释放平台,实现了体液中褪黑激素的灵敏检测(Bai, Wang, Huang et al., 2025)。然而,所使用的适体并未经过严格的筛选和性能评估,因此未能充分发挥其最佳应用潜力。
为了解决这些问题,我们通过多种模拟和计算方法分析了适体的性能,并选择了对TTX具有最高亲和力、特异性和稳定性的适体A作为识别元件。将新型AIE发光体(4,7-bis{5-[4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenyl]-2-thienyl}-2,1,3-benzothiadiazole, TBTZ)与两亲性聚合物(聚马来酸酐-1-十八烯,PMAO)结合,制备成亲水性荧光纳米颗粒(TBTZNPs)。通过限制TBTZ在纳米颗粒内的旋转运动,其量子产率(QY)显著提高。结合适体后,形成了能够灵敏检测各种海产品中TTX的复合荧光DNA水凝胶。DNA水凝胶的响应刺激特性以及TBTZNPs的强荧光性能,为确保海产品安全提供了可靠的策略。

章节片段

材料与设备

河豚毒素(TTX)、奥卡迪酸(OA)、多摩酸(DA)、微囊藻毒素-LR(MC-LR)、沙氏毒素(STX)和帕利托毒素(PTX)的标准溶液由中国天津阿尔塔科技有限公司提供。4,7-bis{5-[4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenyl]-2-thienyl}-2,1,3-benzothiadiazole(TBTZ)由河南普赛化学制品有限公司提供。聚马来酸酐-1-十八烯(PMAO)购自上海朗恩化学技术有限公司。

TBTZ的光学性质

图1a中的紫外-可见(UV–Vis)吸收谱显示,该化合物在370 nm和510 nm处有明显的吸收峰。370 nm处的峰源于分子共轭系统的π–π跃迁,而510 nm处的宽峰则是由TBTZ分子内的ICT效应引起的。荧光发射谱在631 nm处表现出最强的荧光。TBTZ可溶于环己烷(c-Hex)、二甲苯、四氢呋喃(THF)和乙腈等溶剂中。

结论

利用新型AIE发光体TBTZ成功制备了亲水性荧光纳米颗粒(TBTZNPs)。通过限制TBTZ的分子内旋转运动,其发光性能得到显著提高,量子产率(QY)达到34.95%,并且表现出优异的稳定性。通过模拟和实验的结合,适体A显示出对TTX最高的亲和力以及最佳的稳定性和特异性。

CRediT作者贡献声明

白学坤:撰写初稿、可视化处理、方法设计、数据分析、概念构建。刘泽生:监督工作、软件开发、方法设计、数据分析。李双:撰写初稿、验证结果、方法设计、数据分析。周环英:审稿编辑、资源协调、实验研究。高志贤:审稿编辑、项目管理、资金筹措。

Liu, Zhan, Qiu, Lin and Guo, 2023

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。

本工作得到了“天津杰出人才”项目的支持(JC20230428)。

白学坤|刘泽生|李双|周环英|高志贤
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号